АВАРИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ВЫЗВАННЫЕ ОШИБКАМИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЙ

В ходе многочисленных расследований было выявлено, что в большинстве случаев основной причиной аварий является неправильная оценка изыскателями свойств грунтов основания, а также ошибки во время строительства зданий и сооружений.

Разрушение плотины Сан-Френсис (Калифорния, США).

Рис.1. Плотина Сан-Френсис (Калифорния, США) после разрушения

Таблица 1. Данные о плотине Сан-Френсис (Калифорния, США)

В ночь на 13 марта 1928 года бетонная плотина рухнула, и волна высотой 30м устремилась вниз по долине, сметая все на своем пути, причиняя ущерб вокруг и унося за собой многочисленные жертвы. Бетонные блоки объемом 2500 м³ были оттеснены вниз по течению на расстояние 800 метров.

В разрезе основание плотины представляет собой сложение из неоднородных грунтов, а именно: левый берег – сланцы, правый берег – красный конгломерат. Перед строительством инженерно-геологические изыскания были произведены некорректно, вдобавок к этому при проектировании и расчетах не было учтено возможное изменение прочностных характеристик грунта при увлажнении. Катастрофа была неизбежной.

Основными составляющими конгломерата являются глина и гипс. Из-за того, что гипс растворился, а глина размягчилась, прочность грунта уменьшилась в 2-3 раза. Прочность сланцев не менялась от действия воды и составляла 250-770 кг/см² . Однако из-за слоистой структуры произошло скольжение верхних слоев вниз под давлением воды.

В результате этого фильтрация воды была увеличена, что привело к образованию огромной промоины. Нижняя часть плотины рухнула в промоину, затащив за собой и верхнюю часть.

Из-за плохой изученности прочности и водонепроницаемости оснований были и другие аналогичные катастрофы. Так, например, плотина Аустин в 1900 году (Техас, США), плотина Селла Зереино (Италия) в 1955 году и многие другие.

Авария шестисекционного кирпичного дома на 96 квартир в г. Тула, Россия.

На завершительных этапах строительства (порядка 90%) пятиэтажного шестисекционного кирпичного дома в г. Тула произошла авария. Одна из секций полностью рухнула.

Строительство велось по типовому проекту с продольными несущими стенами и подвалом. Также в доме был предусмотрен магазин на первом этаже. Обследование аварийного здания и изучение проектной и рабочей документации показало следующее.

1. Фундаменты были сборные железобетонные прерывистые, заложенные относительно подвала ниже на 20 см, просели в середине здания относительно оси В до 54 см и ушли внутрь подвала на 70 см.
2. Полное отсутствие бетонной подготовки.
3. По длине здания присутствовали значительные неравномерные осадки и смещения. Местами выпирание грунта достигало шириной до 1,5 м и высотой до 1,0 м.
4. Ось Б: максимальное значение осадок составило 54 см со смещением оси в сторону оси А до 20 см (рис. 2, б, в, г). Валы выпирания были расположены по обе стороны подвала. Относительно оси А выпирания и осадок не было обнаружено.

Рис.2. Деформации жилого дома в г. Туле (все размеры приведены в метрах).

А – развитие деформаций в фасадной стене; Б – смещение несущих стен в плане; В – поперечный разрез здания; Г – смещение фундаментов.
1 – обрушившаяся часть; 2 – отклонение стены; 3 – выпор грунта; 4-деформация пола подвала.

Из-за неравномерных деформаций фундаментов под продольными стенами жесткая коробка развернулась в поперечном направлении вокруг линии, проходящей относительно оси В. Отклонение верхней части здания от цоколя составило 60 см, также отмечалось множественное количество больших трещин в стенах. Эта авария произошла из-за недобросовестного подхода к оценке инженерных изысканий. Так, за основу были взяты прочностные характеристики, указанные в действующем нормативном документе (СНиП) на проектирование оснований. Изыскателями не было учтено, что данные табличные значения корректны только на четвертичные отложения. В основании дома оказались глинистые грунты нижнекаменноугольных отложений, которым свойственно снижение прочностных и увеличение деформационных свойств при обнажении и увлажнение.

Вдобавок к ошибкам при производстве изыскательских работ добавились многократные ошибки во время строительства. Плохая планировка грунта вокруг строящегося здания, а также наличие уклона и недостаточно уплотненного грунта обратной засыпки привело к доступу воды в подвал. Стена при отсутствии бетонной подготовки пола стала работать по схеме свойственной подпорной стенке с небольшим заглублением передней грани и повышенным горизонтальным давлением увлажненного грунта обратной засыпки нее заднюю грань. Также проектировщиками не было учтено возможности изменения расчетной схемы во время строительства, как это требуют действующие нормативные документы. В связи с большим количеством повреждений здание пришлось демонтировать.

Однако в настоящее время существуют множество программных комплексов способных рассчитать деформации и осадки от строящегося здания в условиях стесненности. Одним из таких программных комплексов (далее ПК) является MIDAS GTS NX.

В MIDAS GTS NX можно сгенерировать гибридную сетку конечных элементов: гексаэдральные и тетраэдрические элементы. Главным преимуществом гексаэдральных элементов является то, что он более точны для расчета напряженно-деформированного состояния. А тетраэдрические, в свою очередь, более эффективны для моделирования резких углов и изгибов сложной геометрии. В ПК можно использовать одновременно и гексаэдральные и тетраэдрические элементы, на скорость расчетов это не влияет.

Таблица 2. Комплексное решение геотехнических задач в MIDAS GTS NX

Благодаря ПК MIDAS GTS NX можно спроектировать множество расчетных моделей, тем самым избежать аварий, которые способны унести множество жизней.

1. ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация
2. СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений
3. Баркан, Д.Д. Динамика оснований и фундаментов / Д.Д. Баркан. – М.: Стройвоенмориздат, 1985. – 412 c.

Все статьи автора «Анжаурова Ксения Сергеевна»